叁溝礦緩傾斜中厚至厚礦體采礦方法研究

楊清林 孫德寧,2 于政海

(1.八家礦業(yè)股份有限公司；2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院)

叁溝礦緩傾斜中厚至厚礦體采礦方法研究

楊清林1孫德寧1,2于政海1

(1.八家礦業(yè)股份有限公司；2.東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院)

針對(duì)叁溝礦緩傾斜中厚至厚礦體的賦存條件，提出了分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ê湍z結(jié)礦柱房柱法聯(lián)合開(kāi)采，介紹了聯(lián)合采礦方法的采準(zhǔn)、切割、回采、充填過(guò)程。結(jié)果表明：分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘軌蜉^好地適應(yīng)緩傾斜厚礦體，回采率高，成本低，經(jīng)濟(jì)效益顯著，同時(shí)，房柱法又能很好地解決小礦體的開(kāi)采問(wèn)題，聯(lián)合采礦方法取得了預(yù)期的效果，為礦山合理經(jīng)濟(jì)開(kāi)采提供了依據(jù)。

緩傾斜中厚至厚礦體 分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘?膠結(jié)礦柱房柱法

緩傾斜中厚至厚礦體的開(kāi)采一直是世界性難題，這類(lèi)礦體通常傾角為5°～30°，厚4～40 m，在我國(guó)占有相當(dāng)大的比例，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)18%鐵礦儲(chǔ)量，5%～9%有色金屬礦山儲(chǔ)量為該類(lèi)礦體[1]。目前我國(guó)開(kāi)采此類(lèi)礦體的方法中，50%為房柱采礦法，35%為底盤(pán)漏斗采礦法，其他主要為分層充填法和電耙留礦法[2]。而國(guó)外開(kāi)采這類(lèi)礦體則主要采用房柱法，其比例高達(dá)6l%，采用充填法的比例達(dá)23%，其他主要用爆力運(yùn)搬采礦法[3-4]。房柱法是開(kāi)采水平到緩傾斜礦體常用的采礦方法，采準(zhǔn)切割工程量不大，工作組織簡(jiǎn)單，坑木消耗少，通風(fēng)良好，但礦柱礦量所占比重較大，礦石損失大[5]，一般間斷礦柱占15%～20%，連續(xù)礦柱占40%[6-7]。此外，在回采過(guò)程中還要面對(duì)空?qǐng)鰲l件下的作業(yè)安全問(wèn)題，頂板處理主要采用噴錨、留設(shè)點(diǎn)柱及淺孔預(yù)切頂?shù)?。目前采?chǎng)出礦設(shè)備主要為電耙，效率低下，采場(chǎng)生產(chǎn)能力有限。底盤(pán)漏斗空?qǐng)龇ㄊ窃诘V體底盤(pán)圍巖中布置底部結(jié)構(gòu)，崩落的礦石借助自重溜放到底盤(pán)漏斗中[8-9]，工人在底部結(jié)構(gòu)中作業(yè)，安全性較好，但采場(chǎng)底部漏斗數(shù)量眾多，千噸采切比大，對(duì)于低品位或價(jià)值不高的礦體經(jīng)濟(jì)上不合理，且辟漏工藝復(fù)雜，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)采場(chǎng)的組織和管理要求高[10-11]?？梢?jiàn)，我國(guó)目前在對(duì)緩傾斜中厚至厚礦體開(kāi)采的方法和工藝方面存在較多不足。

1 地質(zhì)概況及開(kāi)采技術(shù)條件

叁溝礦位于建昌縣八家子鎮(zhèn)西南2 km，礦區(qū)中心地理坐標(biāo)為東經(jīng)120°02′37″，北緯40°34′08″。區(qū)域內(nèi)以斷裂構(gòu)造為主，褶皺構(gòu)造次之。斷裂構(gòu)造以北東和北西向最為發(fā)育，斷裂多顯示逆斷層性質(zhì)。主要工業(yè)礦體賦存在高于莊組含錳白云巖與大紅峪組陸源碎屑巖的接觸破碎帶中。矽卡巖蝕變?yōu)槌傻V提供了良好的圍巖條件，并萃取出成礦物質(zhì)，而后期的熱液充填交代作用最終鑄就了礦床。

礦體形態(tài)主要呈透鏡狀、脈狀、似層狀以及不規(guī)則狀等。礦體走向NW，傾向NW，垂直厚6～30 m，平均為15 m，賦存標(biāo)高為-330～-520 m，傾角為10°～45°，平均為30°。礦體及其頂?shù)装鍘r石質(zhì)量多為中等，巖體結(jié)構(gòu)較完整，屬于中等穩(wěn)定；礦體品位較低，鉛、鋅的平均品位分別為0.64%和2.07%，伴生硫平均品位為30%，伴生銅品位為0.3%，伴生銀品位為52.38×10-6。

2 現(xiàn)有采礦方法

目前叁溝礦采用多種采礦方法：全面法、機(jī)械化上向分層充填法、底盤(pán)漏斗空?qǐng)龇?。采用全面法的采?chǎng)回采率僅為60%，且工人在頂板暴露面下作業(yè)，安全條件差。而底盤(pán)漏斗空?qǐng)龇ú蓤?chǎng)除采準(zhǔn)切割工程量大之外，由于礦體垂直厚度不高，底柱所占整體礦量比重大，約30%，且漏斗上部存礦多，回采率不高，為60%～70%。機(jī)械化上向分層充填法采用尾砂充填，工藝復(fù)雜，回采循環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)，生產(chǎn)能力相對(duì)較低，采礦與充填配合不好，充填工藝不成熟，對(duì)礦塊生產(chǎn)能力影響較大；由于傾角較緩，采準(zhǔn)工程量大；此外，由于本區(qū)鉛鋅礦磨礦粒度細(xì)，達(dá)-400目，不易分級(jí)，尾砂沉降困難，固結(jié)性差，不適用于尾砂充填。

3 采礦方法改進(jìn)

根據(jù)相關(guān)文件及規(guī)定，新建金屬非金屬地下礦山必須對(duì)能否采用充填采礦法進(jìn)行論證并優(yōu)先推行充填采礦法。充填采礦法的適用條件：①礦石品位高的富礦，稀有、貴重金屬礦床；②礦體形態(tài)很不規(guī)則，厚度、傾角變化大，分枝復(fù)合現(xiàn)象嚴(yán)重，含夾石多的礦床；③礦體的上、下盤(pán)圍巖不穩(wěn)固或礦石、圍巖都很破碎的礦床；④地表有河流、湖泊、農(nóng)田、果園、鐵路村莊等需要保護(hù)的礦床；⑤埋深超過(guò)800 m的某些礦床；⑥開(kāi)采有內(nèi)因火災(zāi)或有放射性危害的礦床；⑦若貧礦在上部，富礦在下部，需優(yōu)先開(kāi)采富礦的礦床；⑧礦體垂深很大，需在垂直方向上分?jǐn)?shù)區(qū)段同時(shí)開(kāi)采的礦床；⑨需由下而上回采推進(jìn)的礦床。

由于尾砂充填工藝復(fù)雜，成本較高，所以采用基于毛石的干式充填，另分層充填不適宜充填大量毛石，所以對(duì)厚度10 m以上的主要礦體采用分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘?，充填料主要為毛石，而厚?0 m以下的薄礦體采用房柱法。

3.1 分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法

3.1.1 礦塊布置及構(gòu)成要素

礦塊沿走向布置，長(zhǎng)100 m，階段高度為40 m；為減少底柱礦量損失，鑿巖巷道沿礦體下盤(pán)布置；為適應(yīng)礦體傾角變化，分段高度為10～20 m，礦房寬度為8～20 m，傾角大時(shí)取大值，傾角小時(shí)則取小值；采用平底塹溝式底部結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖1。

圖1 平底塹溝式底部結(jié)構(gòu)

3.1.2 采準(zhǔn)切割

從階段運(yùn)輸平巷掘鑿穿脈至礦體，在礦體下盤(pán)掘鑿出礦巷道，然后掘鑿切割天井，自各階段運(yùn)輸平巷掘系統(tǒng)溜井。自分段出礦巷道向分段鑿巖巷道掘進(jìn)裝礦進(jìn)路。利用上階段運(yùn)輸平巷掘進(jìn)充填斜井，在斜井內(nèi)沿礦體走向掘進(jìn)充填巷道，然后掘進(jìn)充填聯(lián)絡(luò)道。利用FB-100型鉆機(jī)，由上向下布置炮孔，采用大直徑深孔分段爆破法形成充填井。分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法示意見(jiàn)圖2。

圖2 分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法示意

3.1.3 回采工藝

切割槽以切割天井為自由面，由下分段至上分段逐次爆破拉槽炮孔形成。采用YGZ90型鑿巖機(jī)打垂直扇形炮孔。釬頭直徑為60 mm，炮孔直徑為65 mm，最小抵抗線(xiàn)為1.5 m，孔間距為2 m，孔深10～20 m。采用粉狀乳化炸藥，非電導(dǎo)爆管起爆。以切割槽為自由面起爆垂直扇形炮孔向兩側(cè)后退，每次爆破一排或多排。采下的礦石借自重落至裝礦巷道，由WJD-1電動(dòng)鏟運(yùn)機(jī)將礦石轉(zhuǎn)至溜礦井下放。

3.1.4 充填工藝

地表充填站采用立式砂倉(cāng)，1個(gè)水泥倉(cāng)和2個(gè)尾砂倉(cāng)，充填料混合后經(jīng)原有勘探大鉆孔送入井下，充填倍線(xiàn)為5～7。尾砂膠結(jié)充填灰砂比為1∶6，料漿濃度為60%～70%。從采場(chǎng)充填巷道吊掛外包濾布的塑料波紋泄水管，在出礦進(jìn)路中構(gòu)筑充填泄水擋墻，采用鋼筋柔性擋墻。干式充填采用井下巖巷掘進(jìn)所出廢石，經(jīng)各階段運(yùn)輸巷道和斜井運(yùn)至充填巷道，倒入采完采場(chǎng)。充填料漿經(jīng)充填管輸送到充填巷道，從充填天井或殘留炮孔進(jìn)入采場(chǎng)。在靠近下一采場(chǎng)邊界，預(yù)設(shè)注漿管，采用尾砂膠結(jié)充填。

3.2 膠結(jié)礦柱房柱采礦法

目前，房柱法仍然是開(kāi)采水平到緩傾斜礦體最常用的方法，具有靈活性強(qiáng)，適應(yīng)范圍廣的特點(diǎn)。因此，對(duì)于厚度在10 m以下的邊角礦和小礦體，采用房柱法。然而普通房柱法的突出缺點(diǎn)是礦柱所占比重大，損失礦石比重大。因此，采用膠結(jié)礦柱房柱采礦法。該法分兩步驟開(kāi)采，第一步先采礦柱，然后膠結(jié)充填；第二步回采礦房，采用尾砂充填。礦房寬15 m，礦柱寬5 m，工作面沿傾斜方向布置；礦柱和礦房采用淺孔落礦法回采， 7655型鑿巖機(jī)鑿巖，當(dāng)?shù)V體厚度大于4 m時(shí)，局部留礦，以便工人站在礦堆上鑿巖；使用30 kW電耙(0.3 m3)耙礦，將礦石耙至放礦溜井中，放至階段運(yùn)輸巷道裝車(chē)，由于雙滾筒電耙絞車(chē)只能直線(xiàn)耙礦，在采場(chǎng)頂板穩(wěn)固性較好時(shí)，改用三滾筒絞車(chē)，可在較大范圍內(nèi)耙礦，擴(kuò)大采場(chǎng)寬度，提高生產(chǎn)能力；礦柱采完后，分別在其兩端設(shè)置擋板和濾水網(wǎng)，進(jìn)行膠結(jié)充填，充填料漿灰砂比為1∶6，距離頂板0.5 m時(shí)，摻入膨脹水泥，以利于接頂。膠結(jié)礦柱房柱采礦法示意見(jiàn)圖3。

圖3 膠結(jié)礦柱房柱采礦法示意

4 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

依據(jù)礦山實(shí)際生產(chǎn)情況，通過(guò)計(jì)算并修正后，確定分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ɑ夭陕蕿?5%，采切比為6.3 m/kt；膠結(jié)礦柱房柱法回采率為90%，采切比為12.8 m/kt。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

5 結(jié) 語(yǔ)

(1)叁溝礦多年來(lái)一直未找到適合本礦緩傾斜中厚至厚礦體的開(kāi)采方法，長(zhǎng)期困擾著礦山生產(chǎn)。分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘軌蛴行Ы鉀Q緩傾斜礦體開(kāi)采的回收率和經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題。鑿巖巷緊貼礦體下盤(pán)布置，對(duì)礦體傾角變化的適應(yīng)性強(qiáng)，加之采用塹溝式底部結(jié)構(gòu)，礦石回收率可達(dá)85%。由于采用毛石回填，可減少礦山廢物排放，同時(shí)節(jié)約提升費(fèi)用。叁溝礦僅-400 m 2個(gè)掘進(jìn)面所出毛石充填后，每天可節(jié)約提升電費(fèi)和人工費(fèi)1 000元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

(2)對(duì)于小礦體和三角礦體，采用房柱法，很好地解決了礦體賦存條件的復(fù)雜性和多樣性。同時(shí)工作面沿傾斜方向布置，對(duì)緩傾斜礦體適應(yīng)性強(qiáng)，采用兩步驟開(kāi)采，膠結(jié)充填礦柱，可使回采率達(dá)到90%，生產(chǎn)效率大幅提高。

[1] 黃勝生.國(guó)內(nèi)外緩傾斜中厚礦體采礦方法現(xiàn)狀[J].礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2001(4):22-24．

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[6] 王 青,任鳳玉.采礦學(xué)[M].2版.北京：冶金工業(yè)出版社,2013.

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Research on the Mining Method of the Slowly Inclined Medium Thick and Thick Orebody in Sangou Mine

Yang Qinglin1Sun Dening1,2Yu Zhenghai1

(1. Bajia Mining Co.,Ltd.; 2. College of Resources and Civil Engineering, Northeastern University)

According to the occurrence conditions of the slowly inclined medium thick and thick orebody in Sangou mine, the combined mining scheme based on sublevel open stope filling method and cemented pillar room and pillar method is proposed, which its process of mining, cutting, stoping and filling are introduced in detail. The results show that the sublevel open stope filling method can adapt to the slowly inclined orebody, which has the characteristics of high recovery rate, low cost and significant economic benefits, and cemented pillar room and pillar method is suitable to the smaller orebody. The expectant effect of the combined mining scheme is obtained, which can provide the basis for the reasonable and economical mining.

Slowly inclined medium thick and thick orebody, Sublevel open stope filling method, Cemented pillar room and pillar method

2015-07-04)

楊清林(1963—)，男，副總經(jīng)理，工程師，125316 遼寧省葫蘆島市。